程莊煤礦厚煤層動壓巷道變形規律及控制

史曉東，趙義壽

（燕龕煤炭有限責任公司，山西 陽泉 045000）

·技術經驗·

程莊煤礦厚煤層動壓巷道變形規律及控制

史曉東，趙義壽

（燕龕煤炭有限責任公司，山西 陽泉 045000）

針對程莊煤礦15103工作面厚煤層動壓巷道控制的難題，確定了巷道與相鄰采空區的煤柱寬度為20 m，以及相鄰工作面回采結束6個月的開掘時機，采用全斷面錨索支護掘進巷道，與此同時開展礦壓監測，得到了厚煤層動壓巷道以底鼓為主的變形規律。提出了通過大直徑長錨索強化頂幫，緩解巷道底鼓的控制對策，結果表明，該控制對策科學合理，取得了良好的控制效果，可為該礦類似條件下巷道的維護提供一定的參考價值。

厚煤層；動壓巷道；錨索支護；控制對策

1 工程地質概況

燕煤公司程莊煤礦井田面積8．947 6 km2，生產能力為180萬t/年，15#煤層為785 m水平，煤層平均厚7．5 m，埋深約350～500 m，采用綜采放頂煤開采，相對瓦斯涌出量為6．4 m3/t，工作面南北兩翼布置交替開采。15103工作面位于1采區南翼第二個采煤工作面，采用傾向長壁式布置，該工作面布置推進傾斜長度為900 m，走向采長為180 m，該工作面東部為15101工作面采空區，該工作面在15#煤層布置3條巷道，分別為進風順槽、回風順槽、內錯尾巷，均采用雙錨支護。

15#煤層老頂為砂質泥巖，灰黑色，裂隙發育，含植物化石，厚8．1～15．7 m，平均11．51 m；直接頂為K2石灰巖，深灰色，質較純，裂隙發育，充填方解石脈，含豐富的動物化石，中間夾3層砂質泥巖，將石灰巖分為四節，俗稱“四節石灰巖”，厚11．2～16．3 m，平均13．76 m；常見0．3～0．5 m厚的砂質泥巖為偽頂；其底板為砂質泥巖，厚1．9～2．3 m，平均2．1 m，灰黑色，富含植物化石及黃鐵礦結核。

由于15103工作面與15101工作面相鄰，15103工作面回風順槽將布置在15101工作面側向支承壓力的影響范圍內，加之回風巷沿巷道底板掘進，其直接頂板為4．5 m厚頂煤，15103工作面回風巷屬于厚煤層動壓巷道，其維護具有極大的挑戰性［1］。

2 回風巷位置確定及其支護設計

2．1 回風巷掘進位置和開掘時機的確定

由于煤層采出后，采空區周圍原有應力平衡狀態受到破壞，在回采引起的超前移動支撐壓力作用下，采空區周圍巖體應力再次重新分布，塑性區顯著擴大，采空區一側頂板彎曲下沉，支承壓力峰值不斷升高，使得巷道礦山壓力顯現強烈。

根據采空區礦壓顯現規律，據采空區外30 m處礦壓集中應力值達到最大。為了減少煤炭資源的損失將回風大巷布置在礦壓影響顯現比較小的位置，與采空區保留20 m的煤柱。

為了保障15103工作面回風巷掘進時的安全，降低巷道控制難度，緩和巷道礦壓顯現，在15101工作面回采結束6個月之后，掘進15103工作面回風巷，其位置示意圖見圖1。

2．2 回風巷支護參數設計

巷道錨桿支護設計方法主要有工程類比法、理論計算法和數值模擬法，但是由于程莊煤礦從建礦至今

基本未開展巖石力學性能測試、地應力測試等工作，基礎資料比較缺乏，因此，采用工程類比法進行錨桿支護設計。

結合程莊煤礦15101工作面回采巷道支護設計，參考陽泉礦區其它礦井15#煤層厚煤層動壓巷道支護參數，15103回風順槽為矩形斷面，采用波紋鋼帶+金屬網+錨索聯合支護，巷道毛寬4．3 m，凈寬4．0 m，毛高3．1 m，凈高2．9 m，毛斷面積13．33 m2；凈斷面積11．6 m2。錨索錨固劑為MSCK-23/120的樹脂固化劑1卷，頂錨索預應力不小于55 MPa，錨索端頭深入15#煤堅硬巖層不小于1 000 mm；幫錨索預應力不小于40 MPa，幫錨固劑為MSCK-23/120的樹脂膠泥固化劑。15103工作面回風巷的支護參數示意圖見圖2。

圖1 15103回風巷位置示意圖

圖2 15103回風巷支護參數示意圖

3 巷道變形規律及控制對策

3．1 補強前巷道變形規律

由于受采空區影響，周圍巖體應力重新分布，集中分布區引起應力的重新分布，從而引起巖層的變形、破壞移動，隨著巷道掘進的延伸，采空區動壓期時間間隔也逐漸縮短，在掘進過程中礦壓顯現明顯，頂板破碎，壓力增大，出現頂板煤層冒落達4．5 m的高度，在綜掘機割煤時難以控制頂板，頂部煤層松軟；同時兩幫片幫嚴重，維護難度加大。

在回風巷掘進初期，開展了為期60天的礦壓監測，結果見圖3。巷道底鼓最大達到700 mm，頂板下沉和兩幫移近分別達到了250 mm和200 mm；此外頂板壓力表初始設定值為20 MPa，來壓后壓力增加到30 MPa。礦壓觀測結果表明：巷道頂板和幫部在可控范圍內，圍巖變形以底鼓為主，說明前期的支護參數可以有效控制巷道頂板和幫部變形，但底鼓量很大，15103工作面回風巷難以保持長期穩定，開放的底板是該類厚煤層動壓巷道控制關鍵［2］。

圖3 補強前巷道圍巖的變形示意圖

3．2 針對性的控制對策及控制效果

根據巷道設計的要求，為滿足生產所需的巷道斷面，需要對礦壓顯現劇烈區進行針對性的補強。由于巷道圍巖變形以底鼓為主，過量的底鼓會導致頂幫承載結構的失穩，但是由于回采巷道維護時間短、底板加固施工困難、工藝復雜，一般不采用加固法直接對回采巷道底板進行有效加固［3］。為此提出了通過大直徑長錨索補強頂幫，緩解巷道底鼓的控制對策，加大頂幫錨固的范圍，促使更多的頂幫圍巖成為圍巖自身承載結構的一部分，從而大幅度提高了支護-圍巖承載結構的承載能力［4，5］，可以從根本上保證巷道的長期穩定。

補強的控制對策：頂板每排采用2根直徑21．6

mm的10．2m補強錨索，間距1．4m，排距1．6m。由于掘進時對巷道底板沒有進行支護，因此，底板的變化比較大，對底板鼓起處采取起底的措施，使巷道達到設計要求，并在起底處下幫兩側補打1根直徑15．24 mm的5．2 m錨索。

為了檢驗巷道補強的效果，進行了礦壓觀測，結果見圖4。

圖4 補強厚巷道圍巖的變形示意圖

通過對所掘巷道采取以上措施，巷道在工作面回采前沒有出現明顯的變化，頂板下沉、兩幫移近和底鼓分別為50 mm、90 mm、150 mm，巷道底鼓得到明顯的改善，可滿足采煤工作面的正常生產。

4 結 論

1）確定15103工作面回風巷巷道與相鄰采空區的煤柱寬度為20 m，以及在15101工作面回收完畢6個月開掘巷道的時機。

2）礦壓觀測結果表明，15103工作面厚煤層動壓巷道圍巖的變形以底鼓為主，提出了開放的底板是該類巷道圍巖控制的關鍵，給出了通過大直徑長錨索強化頂幫，緩解巷道底鼓的控制對策。

3）現場應用結果表明，錨索補強頂板的控制對策科學合理，取得了良好的控制效果，保證了采煤工作面的正常回采，為程莊煤礦類似條件下動壓巷道的維護提供了一定的參考價值。

［1］王漢鵬，李術才，李為騰，等．深部厚煤層回采巷道圍巖破壞機制及支護優化［J］．采礦與安全工程學報，2012，29（5）：631-636．

［2］張 農，李寶玉，李桂臣，等．薄層狀煤巖體中巷道的不均勻破壞及封閉支護［J］．采礦與安全工程學報，2013，30（1）：2753-2758．

［3］張 農，王 成，高明仕，等．淮南礦區深部煤巷支護難度分級及控制對策［J］．巖石力學與工程學報，2009，28（12）：2421-2428．

［4］張 農，李桂臣，闞甲廣．煤巷頂板軟弱夾層層位對錨桿支護結構穩定性影響［J］．巖土力學，2011，32（9）：2753-2758．

［5］張 農，李桂臣，許興亮．泥質巷道圍巖控制理論與實踐［M］．徐州：中國礦業大學出版社，2011：153-155．

Deformation Law and Control for Thick Coal Seam Roadway in Dynamic Pressure of Chengzhang Coal Mine

Shi Xiao-dong，Zhao Yi-shou

According to control problem of thick coal seam roadway in dynamic pressure at 15103 working face in Chengzhuang coal mine，determined that coal pillar width between the roadway and the adjacent goaf was 20m and the digging time after the adjacent working face mining is over 6 months．Anchor support of the whole cross section was adapted．Meanwhile，the roadway was monitored．Deformation law which the heaving floor is major deformation of the thick coal seam roadway in dynamic pressure was obtained．Puts forward the countermeasures which large diameter and long anchors strengthen the roof and sides，relieve floor heave．The results show that the control countermeasure is scientific and reasonable，and obtains a good control effect．That provides a certain reference value for the roadway maintenance of the mine under similar conditions．

Thick coal seam；Dynamic pressure roadway；Anchor cable support；Control countermeasure

TD353+．6

B

1672-0652（2013）07-0025-03

2013-04-17

史曉東（1978—），男，山西陽泉人，2011年畢業于大同大學，助理工程師，主要從事采礦方面的技術與管理工作（E-mail）wangchengcumt＠163．com